Sûreté des installations et des systèmes nucléaires

Programme Renoyagede lits de débris
Faire avancer la sûreté nucléaire

Le programme de recherche « Renoyage de lits de débris » permet de mieux comprendre lesphénomènes mis en jeu dans les écoulements d’eau et de vapeur au sein d’un milieu poreux
constitué de particules solides à très haute température dans des conditions représentativesd’un accident de fusion de cœur (ou accident grave). Il s’appuit au plan expérimental sur les
installations PRELUDE et PEARL de la plateforme THEMA de l’IRSN.
Contexte et objectifs
En cas de perte accidentelle et prolongée du refroidissement, les crayons decombustible constituant le cœur d’un réacteur nucléaire à eau sous pression(REP) vont être endommagés et une grande partie d’entre eux va s’effondrer
et former ce qu’on appelle un « lit de débris ». S’il n’est pas rapidement
refroidi, cet amas va entrer en fusion et être de plus en plus en plus difficile
à refroidir.
Pour essayer de prévenir une telle évolution de l’accident une des opérations
préconisées consiste à réinjecter de l’eau dans le cœur, action appelée« renoyage ». Bien qu’indispensable pour refroidir le combustible, cetteopération peut cependant mettre en danger l’intégrité de l’enceinte deconfinement du réacteur, soit en provocant une « explosion de vapeur » soit
en accroissant la production d’hydrogène, qui, une fois dans l’enceinte, peut
exploser.
C’est pour mieux comprendre et modéliser ces phénomènes que leprogramme « Renoyage de lits de débris » a été lancé.
Schéma simplifiéd’un cœur de REP fortement dégradé.

Principe du programmeTempérature dans le lit de débris
pendant le renoyage.

Les campagnes d’essais

www.irsn.fr

Après plusieurs séries d’essais dans l’installation de taille réduite PRELUDE
qui ont permis d’une part de valider les options technologiques del’installation PEARL et d’autre part d’obtenir les premiers enseignementsscientifiques sur les phénomènes physiques mis en jeu lors du renoyage,
quatre campagnes d’essais sont prévues dans l’installation PEARL :• Campagne 1 (2014-2015) : Renoyage du lit de débris homogène (particulesde même taille) - paramètres d’étude : débit, pression et température.
• Campagne 2 (2016) : Effet des caractéristiques géométriques du lit de débris
- paramètres d’étude : distribution du diamètre des particules et taille duby-pass.
• Campagne 3 (2017) : Étude d’une zone compacte dans un lit de débris.
• Campagne 4 (2018) : Étude de l’effet de l’oxydation de matériaux métalliqueset production d’hydrogène.

Vue de dessus du lit de billes entouré d’un
« by-pass » qui simule des zones périphériquesmoins dégradées par lesquelles l’eau peutcontourner les billes chauffées si les conditions
sont défavorables au renoyage.

IRSN/PSN - Avril 2015 - Réalisation : Galets Bleus GroupLes expériences « Renoyage de lits de débris » consistent à renoyer
des amas de particules métalliques, portées à haute température(1000 °C) par un four à induction et dont la taille (1 à 8 mm) et ladistribution spatiale sont représentatives de celles attendues dans unréacteur à eau sous pression au cours d’un accident grave.
L’instrumentation placée dans le lit de débris permet de caractériser
la progression de l’eau dans le milieu poreux, la production de vapeuret la montée en pression qui en résulte, en fonction de paramètres
tels que le débit d’injection d’eau, la taille des particules, la puissancedéposée dans le lit et la pression totale.